les éléments magnétiques de soleil

Journées SFP Accélérateurs Porquerolles 6 Octobre 2003 Antoine DAËL

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Les éléments magnétiques de SOLEIL

1. Les dipôles de l’ anneau

2. Les quadrupoles de l’ anneau

3. Les sextupoles de l’ anneau

4. Les insertions de la Phase 1

5. Les mesures magnétiques


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RING BOOSTER Dipoles Quadrupoles Sextupoles Dipoles Quadrupoles Sextupoles

Nombre 32 160 120 36 44 28 Alimentation 1 160 10 1 2 2

Force 1.71 T 19et 23 T/m 320 T/m² 0.74 T 11 T/m 16 T/m² Long.(mm) 1052 320 ou 460 160 2160 400 150

Tesla Danfysik Sigmaphi Sigmaphi Budker Inst. SEF

Total de 420 aimants + les aimants de LT1 et LT2

Table des aimants Soleil


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Interface avec la chambre à vide

La conception des aimants dépend beaucoup de la chambre à vide et du pompage , en particulier pour les quadrupoles et les sextupoles. Par contre les dipôles peuvent être en H .


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Montage et installation des éléments magnétiques

• L’anneau comporte 56 poutres de 5 types differents (longueur 2.5m à 4.8m )

• Chaque poutre optimisée pour son comportement vibratoire a 3 vérins et 2 points de translation

• Les poutres ont une planéité de 50 microns par mètre

• les aimants sont positionnés de manière fixe grâce à une famille de trous très précis


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Compacité des éléments magnétiques et des équipements « vide »


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Dipôles de l’anneauConception magnétique : aimant droit en H

Les principales caractéristiques sont :

Induction nominale : 1.71 T

Entrefer: 37.00 mm

Rayon de courbure : 5360.00 mm

Angle de déflexion : 11.25 deg

Longueur magnétique théorique: 1052.433 mm

La zone utile radiale s’ étend sur X= ± 20 mm des deux cotés de la trajectoire centrale dont la flèche totale est 25.810 m

Construction de l’aimant dipôle anneau

La culasse du dipôle est constitué d’un empilage de tôles épaisseur 1.mm collées aux extrémités et soudées en partie centrale.

.


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Conception magnétique des dipôles

Les dipoles de SOLEIL ont une structure en H bien adapté magnétiquement au niveau d’ induction B= 1.71 Tesla et techniquement à leur installation “ à cheval” sur les poutres amont et aval.

Le calcul 3D a été effectué avec le code TOSCA.


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Dipôle Anneau prototype


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Profil transverse dipôle anneau

(intégration droite)

Gradient résiduel faible

Sextupole légèrement plus faible que calculé (dB/B = 2.10-4 à 20 mm)

Probablement aussi du à une saturation moins prononcée

Accord excellent théorie/mesure


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Dipôle Anneau Profil longitudinal mesuré

Profil de champ de fuite et longueur effective

« Umbrella effect» moins prononcé que prévu par le calcul

Longueur effective en sortie plus longue de 1.2 mm que l’entrée

Effet systématique à verifier sur la production de série


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Le dipôle prototype booster a également été mesuré ( Chez SIGMAPHI)


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Soleil a deux types de quadrupoles: 128 quadrupoles courts (19.7T/m) 32 quadrupoles longs (23T/m)Les circuits magnétiques sont dits en

“ figure de 8”.Il n’ y a pas de flux qui passe dans le

plan médian sauf en cas de saturation du fer.

Les efforts magnétiques sont repris par des cales en aluminium très précises qui permettent le passage du pompage et des lignes de lumière.

.

Les Quadrupoles de l’ anneau


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Quadrupole Magnetic Design

The full 3D model of the quadrupole has been computed on TOSCA


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Harmoniques de champ du quadrupole

Le calcul 3D a déterminé le profil de la tôle et le chanfrein d’ extrêmité qui permet d’ ajuster la composante dodécapolaire


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Paramètres des Quadrupoles Anneau

Quadrupoles courts

Quadrupoles longs

Nombre 132 28

Diametre 66.mm 66.mm

Longueur 320.mm 460.mm

Gradient 19.7T/m 23.T/m

Zone utile +-35.mm +-35.mm

Les Quadrupoles ont des alimentations électriques indépendantes


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Conception mécanique des quadrupoles• Plaque interface avec la

poutre et shims de position

• Support intérieur anneau avec passage pompage

• Support extérieur anneau avec passage lignes de lumière

• Plaques d’ extrémité avec serrage et piétage des 2 quadrants

• Système de référence géométrique


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Interface Quadrupole – Chambre à vide


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Interface Chambre à vide –Sextupoles à oreilles


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Sextupoles compacts et sextupoles à oreilles


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Paramètres magnétiques des sextupoles +-

Sextupoles compacts

Sextupoles à oreilles

Nombre 88 32

Diamètre 73 mm 73 mm

Longueur culasse 160 mm 160 mm

Force 320 T/m² 320 T/m²

Zone utile +-35 mm +-35 mm

Correction Horizontale

7 mT.m ( 0.8mrad )

7 mT.m ( 0.8mrad )

Correction Verticale

4.4 mT.m ( 0.5 mrad )

4.4 mT.m ( 0.5 mrad )

Quadrupole Tourné

51.2 mT 51.2 mT

Systematic Random

Tolerances

18-poles 1.33 x10-3 3 x10-4

30-poles 5.0 x10-3 7 x10-4


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Correction Horizontale dans les Sextupoles

La forme du champ Bz (x,s) créée par les correcteurs horizontaux ayant NI sur les pôles 1 et 3 et 2*NI sur le pôle 2 est compensée en sextupole

By=f(s) pour les pôles 1 et 3

0.00E+00

1.00E-02

2.00E-02

3.00E-02

4.00E-02

5.00E-02

6.00E-02

7.00E-02

8.00E-02

-600 -400 -200 0 200 400 600

s(mm)

By(

T)

BY(T) x=35BY(T) x=0

By=f(s) pour le pôle 2

0.00E+00

1.00E-02

2.00E-02

3.00E-02

4.00E-02

5.00E-02

6.00E-02

7.00E-02

8.00E-02

-600 -400 -200 0 200 400 600

S(mm)

By(

T)

BY(T) x=0BY(T) x=35


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Insertions Magnétiques : HU80 et HU256


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Caractéristiques des insertions magnétiquesHU640 HU256 HU80 U20

Période 640.mm 256.mm 80.mm 20.mmNombre de Périodes

14 12 19 98

Longueur 10.m 3.6m 1.8m 2.m

Type Électro-magnétique

Électro-magnétique

Apple-II Hybride

Sous Vide

« entrefer » 19.mm 15.mm(V)

50.mm(H)

15.mm à 300.mm

5.5mm à 30.mm

Polarisation Circ./Lin. variable

Circ./Lin. H et V

Circ./Lin. Linéaire H

Bxmax

Bzmax

0.09 T

0.11 T

0.275 T

0.400 T

0.76 T

0.85 T

-

1.03 T

Energie des photons

5 – 40 eV 10 – 1000 eV 80 – 1500 eV 3 – 18 keV


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HU640:onduleur électromagnétique


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Onduleur électromagnétique HU256

Production du champ vertical Production du champ horizontal

Bobines de modulation pour le mode apériodique Chambre à vide Aluminium avec dépôt NEG


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BCD dipole comparison Bench

• The reference magnet (dipole # 2) on the left and the series magnet (dipole # k) are connected serial but with opposite polarities.• The stretched wire method gives directly the difference in field integral (resolution 2.10-5 Tm).


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Dedicated Harmonic Bench BMS ( Banc Multipolaire Soleil)


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X

Z

Ss

z

x

Shimming of the quadrupole on the girder.• ( X,Z) and θs are adjusted by 4 washers and 1 lateral shim•(S) θx, θz are given mechanically.


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Shimming process

Z

Orbit Tolerance Ø 60 μmShimming Precision Ø 20 μm

Shim thickness ± 5 μm

Reproductibility of positioning +Report of girder axisØ 30 μm

Initial error from construction Ø 300 μm (Systematic and Random)

Iteration (at the begining of the campaign)

X

dispersion error on the magnetic center X,Z

Measurement incertitude Ø 20 μm


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AMB: Banc de comparaison des dipoles Booster


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Hall Provisoire de Mesures SOLEIL(CEA Saclay Orme des Merisiers)


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Remerciements

L’ auteur exprime ses chaleureux remerciements à toute l’équipe SOLEIL pour sa contribution aux travaux présentés et pour son aide dans la préparation de ce document.

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